【正文】 ........................................................... 3 南通職業(yè)大學電子工程系畢業(yè)論文 1 引言 紅外通信技術是一種點對點的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，是傳統(tǒng)設備之間連 接線纜的替代技術，是目前國際上普通采用的一種近程無線傳輸技術，常用于智能小區(qū)控制系統(tǒng)和電話教學交互式遠程控制系統(tǒng)中，但是目前的家電（如空調(diào)、錄像機、 VCD 機等）有各種不同的品牌和型號，其紅外遙控編碼及發(fā)送格式不盡相同。為了能夠用一臺通用控制器對多種不同型號的家電進行控制，本文利用功能強大的單片機和編程軟件 VB 設計了一種基于計算機串口的通用型智能紅外邏輯分析儀，它可對各種電器的紅外遙控器所發(fā)射的控制信號進行識別、存貯和再現(xiàn)。還可通過紅外硬件接口識別出紅外信號并送入單片機處理，然后利用 VB 開發(fā)的虛擬軟件在電腦屏 幕上實時顯示采集到的紅外信號波形 便于設計人員對各種調(diào)制方式的紅外信號進行“可視化”的分析與研究。 1 紅外線介紹 紅外線是波長在 7 5 0 nm 至 1mm 之間的電磁波 ,它的頻率高于微波而低于可見光 ,是一種人的眼睛看不到的光線。 紅外通訊一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線 ,波長在 O,75um 至 25um 之間。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會 (IRDA)成立后 ,為了保證不同廠商的紅外產(chǎn)品能夠獲得最佳的通訊效果 ,紅外通訊協(xié)議將紅外數(shù)據(jù)通訊所采用的光波波長的范圍限定在 850nm至 900nm。 2 串口通信原理 串口通訊對單片機而言意義重大，不 但可以實現(xiàn)將單片機的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C端，而且也能實現(xiàn)計算機對單片機的控制。由于其所需電纜線少，接線簡單，所以在較遠距離傳輸中，得到了廣泛的運用。 波特率選擇 波特率 就是在串口通信中每秒能夠發(fā)送的位數(shù)（ bits/second）， MSC51 串行端口在四種工作模式下有不同的波特率計算方法。 其中，模式 0 和模式 2 波特率計算很簡單 ； 模式 1 和模式 3 的波特率選擇相同，故在此僅以工作模式 1 為例來說明串口通信波特率的選擇。 在串行端口工作于模式 1，其波特率將由計時 /計數(shù)器 1 來產(chǎn)生，通常設置定時器工作于模式 2（自動再加 模式）。在此模式下波特率計算公式為： 波特率 =（ 1+SMOD） *晶振頻率 /（ 384*（ 256TH1）） 南通職業(yè)大學電子工程系畢業(yè)論文 2 其中， SMOD—— 寄存器 PCON 的第 7 位，稱為波特率倍增位； TH1—— 定時器的重載值。 在選擇波特率的時候需要考慮兩點：首先，系統(tǒng)需要的通信速率。這要根據(jù)系統(tǒng)的運作特點，確定通信的頻率范圍。然后考慮通信時鐘誤差。使用同一晶振頻率在選擇不同的通信速率時通信時鐘誤差會有很大差別。為了通信的穩(wěn)定，我們應該盡量選擇時鐘誤差最小的頻率進行通信。 下面舉例說明波特率選擇過程：假設系統(tǒng)要求的通信頻率在 20xx0bit/s 以下，晶振頻率為 12MHz，設置 SMOD=1（即波特率倍增）。則 TH1=25662500/波特率 根據(jù)波特率取值表，我們知道可以選取的波特率有： 1200， 2400， 4800， 9600， 19200。列計數(shù)器重載值，通信誤差如下表 所示。 表 波特率與計數(shù)器重載值關系 因此，在通信中，最好選用波特率為 1200， 2400， 4800 中的一個。 通信協(xié)議 的使用 通信協(xié)議是通信設備在通信前的約定。單片機、計算機有了協(xié)議這種約定，通信雙方才能明白對方的意圖，以進行下一步動作。假定我們需要在 PC 機與單片機之間進行通信，在雙方程式設計過程中，有如下約定： 0xA1：單片機讀取 P0 端口數(shù)據(jù)，并將讀取數(shù)據(jù)返回 PC 機； 0xA2：單片機從 PC 機接收一段控制數(shù)據(jù)； 0xA3：單片機操作成功信息。 在系統(tǒng)工作過程中，單片機接收到 PC 機數(shù)據(jù)信息后，便查找協(xié)議，完成相應的操作。當單片機接收到 0xA1 時，讀取 P0 端口數(shù)據(jù)，并將讀取數(shù)據(jù)返回 PC 機；當單片機接收到 0xA2 時，單片機等待從 PC 機接收一段控制數(shù)據(jù)；當 PC 機接收到 0xA3 時，就表明單片機操作已經(jīng)成功。 硬件連接 南通職業(yè)大學電子工程系畢業(yè)論文 3 51 單片機有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和計算機之間可以方便地進行串口通訊。進行串行通訊時要滿足一定的條件，比如計算機的串口是 RS232 電平的，而單片機的串口是 TTL 電平的，兩者之間必須有一個電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片MAX232 進行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個三極管進行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。我們采用了三線制連接串口，也就是說和計算機的 9 針串口只連接其中的 3 根線：第 5 腳的 GND、第 2 腳的 RXD、第 3 腳的 TXD。這是最簡單的連接方法，但是對我們來說已經(jīng)足夠使用了，電路如下圖所示， MAX232 的第 10 腳和單片機的 11 腳連接，第 9 腳和單片機的 10 腳連接，第 15 腳和單片機的 20 腳連接。 圖 使用 MAX232 串口通信電路圖 串口通訊的硬件電路如上圖所示為了能夠在計算機端看到單片機發(fā)出的數(shù)據(jù)，我們必須借助一個 WINDOWS 軟件進行觀察，這里利用如下圖標的一個免 費計算機串口調(diào)軟件來觀察。 3 硬件設計 STC89C52 芯片 圖 STC89C52 芯片引腳圖 南通職業(yè)大學電子工程系畢業(yè)論文 4 主要性能 與 MCS51 單片機產(chǎn)品兼容 、 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器、 1000 次擦寫周期、全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz 、三級加密程序存儲器 、 32 個可編程 I/O 口線、三個16 位定時器 /計數(shù)器八個中斷源、全雙工 UART 串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒 、看門狗定時器 、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標識符 。 STC89C52 單片機芯片引腳介紹 STC89C52 芯片 共 40 引腳 : 18 腳 : 通用 I/O 接口 9 腳 :RST 復位鍵 10 .11 腳 :RXD 串口輸入 TXD 串口輸出 1219:I/O p3 接口 (12,13 腳 INT0 中斷 0 INT1 中斷 1 14,15 : 計數(shù)脈沖 T0 T1 16,17: WR 寫控制 RD 讀控制輸出端 ) 18,19: 晶振諧振器 20 地線 21— 28: p2 接口 高 8 位地址總線 29:PSEN 片外 ROM 選通端 ,單片機對片外 ROM 操作時 ,29 腳 (PSEN)輸出低電平 30:ALE/PROG 地址鎖存器 31:EA ROM 取指令控制器 ,高電平片內(nèi)取 ,低電平片外取 3239:(注意此接口的順序與其他 I/O 接口不同 與引腳號的排列順序相反 ) 40:電源 +5V SM0038 芯片 SM0038 引腳接法 圖 SM0038 外觀圖 南通職業(yè)大學電子工程系畢業(yè)論文 5 SM0038 是紅外線傳感器，它 對外只有 3 個引腳： GND、 VS 和 1 個脈沖信號輸出引腳OUT，只能接收 38KHZ 的紅外線信號， 外形引腳如圖 所示 。 SM0038 與單片機接口電路 圖 SM0038 與單片機接口電路 與單片機接口非常方便，如圖四 所示。 VCC 接電源 +5V 并經(jīng)電容進行濾波，以避免電源干擾 。 GND 接系統(tǒng)的地線（ 0V）；脈沖信號輸出接 CPU 的中斷輸入引腳（例如 8051的 13 腳 INT1）。采取這種連接方法，軟件解碼既可工作于查詢方式，也可工作于中斷方式。 MAX232 芯片 MAX232 芯片 引腳 Max232 產(chǎn)品是由德州儀器公司（ TI）推出的一款兼容 RS232 標準的芯片。該器件包含 2 驅(qū) 動器、 2 接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F 電平。 該器件符合 TIA/EIA232F 標準，每一個接收器將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成 5V TTL/CMOS 電平。每一個發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F 電平 ，芯片圖如圖 所示。 南通職業(yè)大學電子工程系畢業(yè)論文 6 圖 MAX232 MAX232 芯片功能 為了能使單片機與 PC 進行通信，必須使其遵循相同的通信協(xié)議。由于 STC89C52 的串行口輸入 /輸出為 TTL 邏輯電平，高電平為 左右，低電平為 左右，因而這種以 TTL電平傳送數(shù)據(jù)的方式的抗干擾性較差。而計算機內(nèi)部的 RS232C串行口用177。 12V和 12V 電平方式，這種方式中，信號 0 和信號 1 的電平差別增大，從而增強了抗干擾性。但是，為了解決這種電平不一致的矛盾，必須采用一個 RS232C 電平轉(zhuǎn)換器，文中采用的 MAX232 自身帶有電源電壓變換器，可把 +5V 電壓變換成 RS232 輸出電平所需的177。 10V電壓，因而采用這種方式進行串行通信具有較好的性能和低廉的價格。如果通信距 離較遠，還可以通過增加 MAX485 轉(zhuǎn)換器來連接 MAX232 以滿足要求。 電源電路及其說明 圖 電源電路 先通過變壓器降壓為 12V，經(jīng)過整流橋?qū)⒔涣麟妷鹤優(yōu)橹绷麟妷?，然后再濾波，通過 78M05 穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，輸出 +5V 的電壓提供給總電路用，使其 電路 正常工作。 南通職業(yè)大學電子工程系畢業(yè)論文 7 總原理圖及其說明 圖 系統(tǒng)電路 原理圖 先 通過 SM0038 的紅外接收頭接收 38KHZ 的紅外線 信號，然后將信號通過 STC89C52 單片機的 口 送單片機 進行處理，單片機再發(fā)出接收到的信號給 PC 機顯示該信號的波形， 由于 STC89C52 的串行口輸入 /輸出為 TTL 邏輯電平，高電平為 左右，低電平為 左右，因而這種以 TTL 電平傳送數(shù)據(jù)的方式的抗干擾性較差。而計算機內(nèi)部的 RS232C 串行口用177。 12V 和 12V 電平方式，所以就需要 MAX232 電平轉(zhuǎn)換器來將可把 +5V 電壓變換成 RS232 輸出電平所需的177。 10V 電壓，使得 PC 機與單片機能夠正常的通信 。 4 軟件設計 紅外編碼格式 現(xiàn)有的紅外遙控包括兩種方式： PWM（脈沖寬度調(diào)制）和 PPM（脈沖位置調(diào) 制）。 兩種形式編碼的代表分別為 NEC 和 PHILIPS 的 RC RC6 以及將來的 RC7。 PWM（脈沖寬度調(diào)制）：以發(fā)射紅外載波的占空比代表“ 0”和“ 1”。為了節(jié)省能量，一般情況下，發(fā)射紅外載波的時間固定，通過改變不發(fā)射載波的時間來改變占空比。例如常用的電視遙控器，使用 NEC upd6121，其“ 0”為載波發(fā)射 ,不發(fā)射 s；其“ 1”為載波發(fā)射 ,不發(fā)射 ；此外，為了解碼的方便，還有引導碼，upd6121 的引導碼為載波發(fā)射 9ms，不發(fā)射 。 upd6121 總 共的編碼長度為 108ms。 但并不是所有的編碼器都是如此，比如 TOSHIBA 的 TC9012，其引導碼為載波發(fā)射 4.5ms，不發(fā)射 ，其“ 0”為載波發(fā)射 ,不發(fā)射 ,其“ 1”為載波發(fā)射 0.52ms,不發(fā)射 。 南通職業(yè)大學電子工程系畢業(yè)論文 8 PPM（脈沖位置調(diào)制）：以發(fā)射載波的位置表示“ 0”和“ 1”。從發(fā)射載波到不發(fā)射載波為“ 0”，從不發(fā)射載波到發(fā)射載波為“ 1”。其發(fā)射載波和不發(fā)射載波的時間相同，都為 ，也就是每位的時間是固定的。 通過以上對編碼的分析，可以得出以某種固定格式的“ 0”和“ 1”去 學習紅外，是很有可能不成功的。即市面上所宣傳的可以學習 64 位、 128 位必然是不可靠的。 另外，由于空調(diào)的狀態(tài)遠多于電視、音像，并且沒有一個標準，所以各廠家都按自己的格式去做一個，造成差異更大。比如：美的的遙控器采用 PWM 編碼，碼長 120ms 左右；新科的遙控器也采用 PWM 編碼，碼長 500ms 左右。如此大的差異，如果按“位”的概念來講，應該是多少位呢？ 64 位還是 128 位 顯然都不可能包含如此長短不一的編碼。 單片機的軟件編程 下位 軟件編程思路 我用的是 C 語言編寫的程序， 該程序主要由串口初始化子函 數(shù)、外部中斷 0 中斷子函數(shù)、單片機內(nèi)部定時器 T0 中斷子函數(shù)、紅外信號發(fā)送子函數(shù)等 3 大模塊組成。等到紅外信號下降沿到來時，進入 外部中斷 0 中斷子函數(shù)，打開 T0 定時器開關 TR0，使得 T0 工作，在主函數(shù)中判斷外部中斷 0 接線端為 1 時，進入 T0 中斷子函數(shù)，在 T0 中斷子函數(shù)中主要是把 TH0,TL0 所記的數(shù)值送單片機處理。